KR101503179B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크로부터 고압 엔진 또는 저압 엔진까지 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단으로 가압하는 복수 개의 증발가스 압축기; 상기 복수 개의 증발가스 압축기 각각의 하류의 상기 증발가스 공급라인 상에 구비되는 복수 개의 증발가스 냉각기; 및 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서, 마지막 번째 증발가스 압축기로부터 토출되는 상기 증발가스를 중간 번째 증발가스 압축기의 상류로 복귀시키도록 구성되는 증발가스 복귀장치를 포함하되, 상기 증발가스 복귀장치는, 상기 복수 개의 증발가스 압축기가 제1 내지 제5 압축기로 구성되고, 상기 복수 개의 증발가스 냉각기가 제1 내지 제5 냉각기로 구성될 경우, 일단이 상기 제5 압축기 하류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되고, 타단이 상기 제4 압축기 상류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 증발가스 복귀라인; 상기 제5 냉각기와 상기 고압 엔진 사이의 상기 증발가스 공급라인 상에 설치되는 압력 센서; 상기 증발가스 복귀라인 상에 설치되는 압력 조절밸브; 상기 증발가스 복귀라인과 병렬로 구비되는 보조 증발가스 복귀라인; 및 상기 보조 증발가스 복귀라인 상에 설치되는 블록 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 가압하여 엔진에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 증발가스 압축기로부터 토출되는 증발가스의 압력에 따라, 증발가스를 해당 증발가스 압축기의 상류로 복귀시킴으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있어, 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 안정적으로 공급할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System Liquefied Gas}

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

그러나 액화가스는 압력을 높이거나 온도를 낮추어 강제로 액화시킨 상태로 보관하기 때문에, 외부 열침투에 의한 상변화가 우려되어 액화가스 저장탱크의 단열성 확보가 중요하다. 다만 액화가스 저장탱크가 완벽한 단열을 구현할 수는 없기 때문에, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 일부 액화가스는, 외부로부터 전달되는 열에 의하여 기체인 증발가스로 상변화하게 된다.

이때 기체로 상변화한 증발가스는 부피가 대폭 증가하므로 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 높이는 요인이 되며, 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과하게 되면 액화가스 저장탱크가 파손될 우려가 있다.

따라서 종래에는, 액화가스 저장탱크의 내압을 일정하게 유지하기 위해서, 필요 시 증발가스를 외부로 방출하여 액화가스 저장탱크의 내압을 낮추는 방법을 사용하였다. 또는 증발가스를 액화가스 저장탱크의 외부로 배출한 뒤, 별도로 구비한 재액화장치를 사용하여 액화시킨 후 다시 액화가스 저장탱크로 회수하였다.

그러나 증발가스를 단순히 외부로 방출하는 경우에는 외부 환경의 오염 문제가 발생할 수 있으며, 재액화장치를 사용할 경우에는 재액화장치를 구비하고 운영하기 위해 필요한 비용, 인력 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 외부 열침투에 의해 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발이 요구되는 실정이다.

이러한 종래기술로는 국내 등록특허공보 제 10-1289212 호(등록일자: 2013. 07. 17)에 공개되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 가압하여 엔진에서 요구하는 온도 및 압력으로 공급할 때, 증발가스의 온도 및 압력을 용이하게 제어할 수 있도록 하여, 증발가스를 엔진에서 요구하는 온도 및 압력으로 안정적으로 공급할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 액화가스 저장탱크로부터 액화가스 또는 증발가스를 고압 엔진에서 요구하는 온도 및 압력으로 공급할 때, 고압 엔진의 전단에서 외부로 배출 처리해야 할 고압의 잉여 액화가스 또는 고압의 잉여 증발가스를 제1 압축기의 후단으로 합류시킴으로써, 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스를 고압 엔진 또는 저압 엔진의 연료로 재활용할 수 있어, 엔진의 연료 에너지 낭비를 방지할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 고압 엔진 또는 저압 엔진까지 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단으로 가압하는 복수 개의 증발가스 압축기; 상기 복수 개의 증발가스 압축기 각각의 하류의 상기 증발가스 공급라인 상에 구비되는 복수 개의 증발가스 냉각기; 및 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서, 마지막 번째 증발가스 압축기로부터 토출되는 상기 증발가스를 중간 번째 증발가스 압축기의 상류로 복귀시키도록 구성되는 증발가스 복귀장치를 포함하되, 상기 증발가스 복귀장치는, 상기 복수 개의 증발가스 압축기가 제1 내지 제5 압축기로 구성되고, 상기 복수 개의 증발가스 냉각기가 제1 내지 제5 냉각기로 구성될 경우, 일단이 상기 제5 압축기 하류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되고, 타단이 상기 제4 압축기 상류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 증발가스 복귀라인; 상기 제5 냉각기와 상기 고압 엔진 사이의 상기 증발가스 공급라인 상에 설치되는 압력 센서; 상기 증발가스 복귀라인 상에 설치되는 압력 조절밸브; 상기 증발가스 복귀라인과 병렬로 구비되는 보조 증발가스 복귀라인; 및 상기 보조 증발가스 복귀라인 상에 설치되는 블록 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 제 1 항에 있어서, 상기 블록 밸브는, 온/오프 기능을 갖는 밸브이며, 상기 압력 센서에 의해 제어되어 상기 제5 압축기 하류가 블록될 경우에 개방될 수 있다.

구체적으로, 상기 압력 센서는, 상기 제5 압축기로부터 토출되는 상기 증발가스의 압력을 체크하고, 기 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에, 상기 압력 조절밸브를 개방시키고, 상기 기 설정 압력범위로 체크된 경우에, 상기 압력 조절밸브를 폐쇄시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 압력 센서는, 상기 증발가스 공급라인 상에서 상기 증발가스 복귀라인이 분기되는 지점의 하류에 위치될 수 있다.

구체적으로, 상기 고압 엔진은, 상기 제5 압축기 하류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되고, 상기 저압 엔진은, 상기 제2 압축기 하류의 상기 증발가스 공급라인에 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 고압 엔진까지 연결되는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프; 및 상기 고압 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되는 액화가스 열교환기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 열교환기와 상기 고압 엔진 사이의 상기 액화가스 공급라인에는, 잉여 액화가스를 외부로 배출하기 위한 잉여 액화가스 배출라인이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 가압하여 엔진에서 요구하는 온도로 공급할 때, 증발가스 압축기로 유입되는 증발가스의 온도에 따라, 증발가스를 해당 증발가스 압축기의 하류에 구비되는 증발가스 냉각기를 우회하도록 함으로써, 증발가스의 온도를 용이하게 제어할 수 있어, 증발가스를 엔진에서 요구하는 온도로 안정적으로 공급할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 가압하여 엔진에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 증발가스 압축기로부터 토출되는 증발가스의 압력에 따라, 증발가스를 해당 증발가스 압축기의 상류로 복귀시킴으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있어, 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 안정적으로 공급할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 가압하여 엔진에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 복수 개의 증발가스 압축기 중에서 선택적으로 흡입밸브의 일부를 개방 상태로 유지시킴으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있어, 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 안정적으로 공급할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 가압하여 엔진에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 잉여 증발가스를 증발가스 압축기로부터 토출되는 증발가스의 압력에 따라 연소, 재액화 또는 배출이 이루어지도록 함으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있어, 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 안정적으로 공급할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 액화가스 또는 증발가스를 고압 엔진에서 요구하는 온도 및 압력으로 공급할 때, 고압 엔진의 전단에서 외부로 배출 처리해야 할 고압의 잉여 액화가스 또는 고압의 잉여 증발가스를 제1 압축기의 후단으로 합류시킴으로써, 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스를 고압 엔진 또는 저압 엔진의 연료로 재활용할 수 있어, 엔진의 연료 에너지 낭비를 방지할 수 있고, 엔진의 연료 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 액화가스 처리 시스템에 사용되는 증발가스 압축기를 설명하기 위한 에서 액화가스 저장탱크의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 고압 엔진(20a), 저압 엔진(20b), 펌프(30), 액화가스 열교환기(40), 증발가스 압축기(50), 증발가스 냉각기(60), 가스 연소장치(Gas Combustion Unit; 70), 증발가스 재액화장치(80)를 포함한다.

이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 이러한 LNG로부터 발생되는 증발가스도 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스 공급라인(21) 통해 액화가스를 후술할 펌프(30)로 공급하여 후술할 고압 엔진(20a)을 구동시킬 수 있게 한다. 이러한 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

또한, 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 증발가스 공급라인(22)을 통해 후술할 증발가스 압축기(50)로 공급하여 후술할 저압 엔진(20b) 또는 후술할 고압 엔진(20a)의 연료로 활용하거나, 증발가스를 후술할 증발가스 압축기(50)로부터 후술할 증발가스 재액화장치(80)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 회수함으로써, 증발가스를 효율적으로 이용할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 예를 들어, 1bar 내지 3bar 또는 1bar 내지 10bar의 내압을 유지할 수 있으며, 이는 저장탱크에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

엔진(20a, 20b)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 공급받아 구동되어 동력을 발생시킬 수 있다. 이때, 엔진(20a, 20b)은 고압 엔진(20a)과 저압 엔진(20b)을 포함할 수 있으며, 일례로 고압 엔진(20a)은 선박에 탑재되는 MEGI 엔진일 수 있고, 저압 엔진(20b)은 이중연료 엔진(DFDE)일 수 있다.

엔진(20a, 20b)은 액화가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진(20a, 20b) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

물론 본 실시예에서 엔진(20a, 20b)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진(20a, 20b)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만, 엔진(20a, 20b)은 액화가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

고압 엔진(20a)은, 후술할 펌프(30) 및 후술할 열교환기(40)를 거치면서 가압 가압된 초임계 상태의 액화가스를 공급받아 구동력을 발생시키거나, 후술할 증발가스 압축기(50)를 거치면서 가압된 초임계 상태의 증발가스를 공급받아 구동력을 발생시킬 수 있다. 반면, 저압 엔진(20b)은, 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 여기서 고압 엔진(20a)이 공급받는 초임계 상태의 액화가스 또는 증발가스는, 예를 들어 온도가 30℃ 내지 60℃이고 압력이 300bar 내외일 수 있고 저압 엔진(20b)이 공급받는 초임계 상태의 증발가스는, 예를 들어 온도가 1℃ 내지 50℃이고 압력이 45bar 내외일 수 있다. 물론 고압 엔진(20a)과 저압 엔진(20b)에 공급되는 액화가스 또는 증발가스의 상태는, 각 엔진(20a, 20b)이 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

저압 엔진(20b)은, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급되는 이중연료 엔진일 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 저압 엔진(20b)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

액화가스 저장탱크(10)와 엔진(20a, 20b) 사이에는, 액화가스를 전달하는 액화가스 공급라인(21) 또는 증발가스를 전달하는 증발가스 공급라인(22, 23, 25)이 설치될 수 있다. 액화가스 공급라인(21)에는 후술할 펌프(30), 후술할 액화가스 열교환기(40) 등이 구비되어 고압 엔진(20a)에 초임계 상태의 액화가스가 공급되도록 할 수 있고, 증발가스 공급라인(22, 23, 25)에는 후술할 증발가스 압축기(50), 후술할 증발가스 냉각기(60) 등이 구비되어 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)에 초임계 상태의 증발가스가 공급되도록 할 수 있다.

이때, 액화가스 또는 증발가스 공급라인(21, 22, 23, 25)에는 액화가스 또는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 적재 적소에 설치되어, 액화가스 또는 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로부터 엔진(20a, 20b)까지 안정되게 공급될 수 있도록 제어하는 역할을 할 수 있다.

펌프(30)는, 액화가스 공급라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있다.

부스팅 펌프(31)는, 액화가스 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 액화가스 공급라인(21) 상에 구비될 수 있거나, 액화가스 저장탱크(10) 내에서 액화가스 공급라인(21)에 연결 구비될 수 있으며, 후술할 고압 펌프(32)에 충분한 양의 액화가스가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 가압할 수 있으며, 이때 고압 펌프(32)에서 수용할 수 있는 한계 압력을 고려하여, 예를 들어 10bar 내외로 액화가스를 가압하도록 하는 것이 바람직하다.

액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태에 놓여있는데, 이때, 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출된 액화가스를 고압으로 가압하여, 고압 엔진(20a)에 액화가스가 공급되도록 할 수 있다. 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압 되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 1차 가압된 액체상태의 액화가스를 2차로 가압하여, 후술할 액화가스 열교환기(40)를 통해 고압 엔진(20a)에 공급할 수 있다.

이때 고압 펌프(32)는 액화가스를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력, 예를 들어 300bar 내외로 가압하여 고압 엔진(20a)에 공급함으로써, 고압 엔진(20a)이 액화가스를 통해 동력을 생산하도록 할 수 있다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높을 수 있다.

또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.

구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 300bar 내외의 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 액화가스의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140℃ 내지 -60℃일 수 있다.

액화가스 열교환기(40)는, 고압 엔진(20a)과 펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(21) 상에 마련될 수 있으며, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 온도로 가열시킬 수 있다. 액화가스 열교환기(40)에 액화가스를 공급하는 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 액화가스 열교환기(40)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 액화가스를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 300bar 내외의 압력을 유지하면서 가열시켜서, 30℃ 내지 60℃의 초임계 상태의 액화가스로 변환한 후 고압 엔진(20a)에 공급할 수 있다.

액화가스 열교환기(40)는, 전기 에너지를 사용하거나 열전달매체를 사용하여 액화가스를 가열할 수 있다. 이때, 열 전달매체는 글리콜 워터일 수 있고, 글리콜 워터라 함은 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)과 물을 혼합한 유체로서, 매체 히터(도시하지 않음)에서 가열되고 액화가스 열교환기(40)에서 냉각되어 순환할 수 있다. 또한, 액화가스 열교환기(40)는, 선박에 구비되어 있는 발전기나 기타 설비 등으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 LNG를 가열할 수 있다.

액화가스 열교환기(40)와 고압 엔진(20a) 사이의 액화가스 공급라인(21)에는, 잉여 액화가스 배출라인(211)이 연결될 수 있다.

잉여 액화가스 배출라인(211)은, 고압 펌프(32)로부터 고압 엔진(20a)으로 공급되는 액화가스가 고압 엔진(20a)에서 요구하는 양을 초과하거나, 액화가스가 하류로 이송되지 못할 경우를 대비해서 구비될 수 있으며, 이러한 잉여 액화가스를 잉여 액화가스 배출라인(211)을 통해 외부로 배출함으로써, 액화가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있어, 액화가스를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력으로 안정적으로 공급할 수 있고, 고압 엔진(20a)을 보호할 수 있다.

증발가스 압축기(50)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 가압하여, 증발가스 공급라인(22, 23, 25)을 통해 저압 엔진(20b) 또는 고압 엔진(20a)으로 공급하거나, 후술할 가스 연소장치(70) 또는 후술할 증발가스 재액화장치(80)로 공급할 수 있다. 증발가스 압축기(50)로 증발가스를 가압하는 것은, 증발가스의 액화 효율을 높이기 위함이다. 증발가스는 압력이 상승할 경우 끓는점이 상승하게 되며, 이는 곧 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있음을 의미한다. 따라서 본 실시예는 증발가스 압축기(50)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다.

증발가스 압축기(50)는, 증발가스 공급라인(22, 25) 상에 복수 개로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있고, 증발가스 압축기(50)에 의하여 증발가스가 가압되면 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에는 증발가스 냉각기(60)가 구비될 수 있다. 증발가스 냉각기(60)는, 증발가스 압축기(50)와 동일한 수로 설치될 수 있는데, 각 증발가스 냉각기(60)는 각 증발가스 압축기(50)의 하류에 마련되어, 상류의 증발가스 압축기(50)에 의해 상승된 증발가스의 온도를 낮추어 하류의 증발가스 압축기(50)의 작동을 용이하게 할 수 있게 한다.

일례로, 복수 개의 증발가스 압축기(50)는 5개의 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)가 증발가스의 흐름을 기준으로 순차적으로 구비될 수 있고, 복수 개의 증발가스 냉각기(60) 역시 5개의 제1 내지 제5 냉각기(60a, 60b, 60c, 60d, 60e)가 증발가스의 흐름을 기준으로 순차적으로 구비될 수 있다. 제1 내지 제5 냉각기(60a, 60b, 60c, 60d, 60e) 각각이 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 각각의 하류에 마련됨은 물론이다. 여기서, 복수 개의 증발가스 압축기(50)가 5개일 경우 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)라 한정하여 표현하였지만, 증발가스 압축기(50)가 5개 이하 또는 이상일 수도 있으며, 이때 제1 압축기(50a)는 첫 번째 증발가스 압축기일 수 있지만, 제5 압축기(50e)는 다섯 번째 증발가스 압축기만을 의미하지 않고 복수 개의 증발가스 압축기(50) 중에서 마지막 번째 증발가스 압축기임을 의미할 수 있으며, 제2 내지 제4 압축기(50b, 50c, 50d)는 두 번째 내지 네 번째 증발가스 압축기만을 의미하지 않고 복수 개의 증발가스 압축기(50) 중에서 중간 번째 증발가스 압축기라 통칭할 수 있다. 또한, 제1 내지 제5 냉각기(60a, 60b, 60c, 60d, 60e) 역시 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)와 마찬가지로 첫 번째 내지 다섯 번째(또는 마지막 번째) 또는 중간 번째 증발가스 냉각기라 표현할 수 있음은 물론이다.

상기에서, 증발가스 공급라인(22, 23, 25)은, 설명의 편의를 위해 증발가스 공급라인(22), 저압 증발가스 공급라인(23), 고압 증발가스 공급라인(25)으로 구별할 뿐, 증발가스를 공급하는 통로를 제공하는 역할은 동일하다. 여기서, 증발가스 공급라인(22)은, 일단이 액화가스 저장탱크(10)에 연결되고 타단이 제3 압축기(50c)의 전단에 연결될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 저압 증발가스 공급라인(23)과 고압 증발가스 공급라인(25)으로 각각 공급할 수 있는 메인 라인이라 볼 수 있다. 저압 증발가스 공급라인(23)은, 일단이 제2 압축기(50b)와 제3 압축기(50c) 사이의 증발가스 공급라인(22)에 연결되고, 타단이 저압 엔진(20b)에 연결될 수 있으며, 저압 상태의 증발가스를 저압 엔진(20b)에 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 고압 증발가스 공급라인(25)은, 일단이 제3 압축기(50c)의 후단에 연결되고, 타단이 고압 엔진(20a)에 연결될 수 있으며, 고압 상태의 증발가스를 고압 엔진(20a)에 공급하는 통로를 제공할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는, 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 및 제1 내지 제5 냉각기(60a, 60b, 60c, 60d, 60e)를 통해 저압 엔진(20b) 또는 고압 엔진(20a)에 연료로서 공급되는데, 각 엔진(20a, 20b)에서 요구하는 최적의 온도와 압력으로 공급하는 것이 필요하다.

이하에서는, 각 엔진(20a, 20b)에 공급되는 증발가스의 온도 또는 압력을 용이하게 제어할 수 있는 다양한 수단에 대하여 설명하기로 한다.

제1 수단은, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기(50)를 통해 다단 가압하여 엔진(20a, 20b)에서 요구하는 온도로 공급할 때, 첫 번째 증발가스 압축기(50)로 유입되는 증발가스의 온도에 따라, 증발가스를 첫 번째 증발가스 압축기(50)의 하류에 구비되는 첫 번째 증발가스 냉각기(60)를 우회하도록 구성함으로써, 증발가스 냉각기(60) 없이 증발가스의 온도를 용이하게 제어할 수 있다.

구체적으로, 증발가스 우회라인(221)은, 일단이 제1 압축기(50a)와 제1 냉각기(60a) 사이의 증발가스 공급라인(22)에 연결되고, 타단이 제1 냉각기(60a)와 제2 압축기(50b) 사이의 증발가스 공급라인(22)에 연결되도록 구비될 수 있다. 제1 압축기(50a)와 제1 냉각기(60a) 사이의 증발가스 공급라인(22) 상에는 온도 센서(51) 및 제1 온도 조절밸브(61)가 설치될 수 있으며, 증발가스 우회라인(221) 상에는 제2 온도 조절밸브(62)가 설치될 수 있다. 여기서, 증발가스 우회라인(221), 온도 센서(51), 제1 온도 조절밸브(61), 제2 온도 조절밸브(62)를 포함하여 구성되는 장치를 증발가스 우회장치(도면 부호 미도시)라 명명할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 제1 압축기(50a)를 경유하여 제2 압축기(50b)로 전달되는데, 제1 압축기(50a)에서 토출되는 증발가스의 온도를 온도 센서(51)에서 체크한다. 제2 압축기(50b)가 작동됨에 있어 증발가스의 냉각이 필요한 온도 범위(제1 온도 범위)로 체크된 경우에는, 온도 센서(51)에 의해 제1 온도 조절밸브(61)를 개방시키고 제2 온도 조절밸브(62)를 폐쇄시켜, 제1 냉각기(60a)에 의해 냉각된 증발가스가 제2 압축기(50b)로 전달되도록 한다. 제2 압축기(50b)가 작동됨에 있어 증발가스의 냉각이 필요없는 온도 범위(제1 온도 범위 이하)로 체크된 경우에는, 온도 센서(51)에 의해 제1 온도 조절밸브(61)를 폐쇄시키고 제2 온도 조절밸브(62)를 개방시켜, 제1 압축기(50a)를 경유한 증발가스가 증발가스 우회라인(221)을 통해 우회하여 제2 압축기(50b)로 직접 전달되도록 한다.

온도 센서(51)는, 제1 온도 조절밸브(61)와 제2 온도 조절밸브(62)를 개방 또는 폐쇄(또는 개도 조절)시키는 역할을 하고, 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 온도를 체크해야 하므로, 제1 온도 조절밸브(61)와 제2 온도 조절밸브(62) 상류의 증발가스 공급라인(22) 상에 위치되는 것이 바람직하고, 또한 제1 온도 조절밸브(61)와 제2 온도 조절밸브(62)는 병렬로 배치되는 것이 바람직하다.

상기한 본 실시예에서는, 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 온도에 따라, 증발가스가 제1 냉각기(60a)를 우회하도록 하는 구성을 설명하였지만, 이러한 구성은 제2 내지 제5 압축기(50b, 50c, 50d, 50e) 각각의 하류에도 동일하게 적용시킬 수 있다. 다만, 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 각각으로부터 토출되는 증발가스의 온도는 유입되는 증발가스의 온도에 따라 달라질 수 있음을 고려할 때, 제1 압축기(50a)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 최초로 유입되고, 유입되는 증발가스의 온도, 예를 들어, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스가 LNG 액화가스일 경우 -120℃ 내외일 수 있고, 이때 LNG 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로부터 유입된 필요 이상으로 저온일 경우 제1 압축기(50a)에서 가압하더라도 제2 압축기(50b)가 작동됨에 있어 증발가스의 냉각이 필요하지 않은 온도가 될 수 있으므로, 상기한 구성을 제1 압축기(50a)에 적용하는 것이 바람직하며, 이로써, 제1 냉각기(60a)를 구동시키지 않아도 되어 시스템의 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

제2 수단은, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기(50)를 통해 다단 가압하여 엔진(20a, 20b)에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 첫 번째, 두 번째, 세 번째 또는 마지막 번째 증발가스 압축기(50)로부터 토출되는 증발가스의 압력에 따라, 증발가스를 해당 증발가스 압축기(50)의 상류로 복귀하도록 구성함으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있다.

구체적으로, 첫 번째 증발가스 압축기(50)인 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스를 제1 압축기(50a)의 상류로 복귀시키기 위한 제1 증발가스 복귀라인(222)을 구비하거나, 두 번째 증발가스 압축기(50)인 제2 압축기(50b)로부터 토출되는 증발가스를 제2 압축기(50b)의 상류로 복귀시키기 위한 제2 증발가스 복귀라인(223)을 구비하거나, 세 번째 증발가스 압축기(50)인 제3 압축기(50c)로부터 토출되는 증발가스를 제3 압축기(50c)의 상류로 복귀시키기 위한 제3 증발가스 복귀라인(224)을 구비하거나, 마지막 번째 증발가스 압축기(50)인 제5 압축기(50e)로부터 토출되는 증발가스를 중간 번째 증발가스 압축기(50)인 제4 압축기(50d)의 상류로 복귀시키기 위한 제4 증발가스 복귀라인(225)을 구비할 수 있다. 이러한 제1 내지 제4 증발가스 복귀라인(222, 223, 224, 225)은, 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 토출되는 증발가스가 설정된 압력범위보다 더 높은 압력으로 가압될 때 작동되어 감압 수단으로 활용될 수 있다.

제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 각각으로부터 토출되는 증발가스의 압력은 각각 다르게 설정될 수 있으며, 제1 압축기(50a)로부터 제5 압축기(5e)로 갈수록 압력이 점점 높아져, 저압 엔진(20b) 또는 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력까지 상승될 수 있다. 예를 들어, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스가 LNG 액화가스이고, 액화가스 저장탱크(10)로부터 제1 압축기(50a)에 유입되는 증발가스의 압력이 1.05bar 내외라면, 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 제1 설정 압력범위는 5bar 내외, 제2 압축기(50b)로부터 토출되는 제2 설정 압력범위는 15bar 내외, 제3 압축기(50c)로부터 토출되는 제3 설정 압력범위는 90bar 내외, 제4 압축기(50d)로부터 토출되는 제4 설정 압력범위는 150bar 내외, 제5 압축기(50e)로부터 토출되는 제5 설정 압력범위는 300bar 내외일 수 있다. 여기서, 압력에 대한 수치는 본 실시예의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 실시예에서는 상기한 수치에 한정되지 않음은 물론이다.

제1 증발가스 복귀라인(222)은, 일단이 제1 압축기(50a) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되고, 타단이 제1 압축기(50a) 상류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되도록 구비할 수 있다. 제1 냉각기(60a)와 제2 압축기(50b) 사이의 증발가스 공급라인(22) 상에는 제1 압력 센서(52)가 설치될 수 있으며, 제1 증발가스 복귀라인(222) 상에는 제1 압력 조절밸브(63)가 설치될 수 있다. 여기서, 제1 증발가스 복귀라인(222), 제1 압력 센서(52), 제1 압력 조절밸브(63)를 포함하여 구성되는 장치를 제1 증발가스 복귀장치(도면 부호 미도시)라 명명할 수 있다.

제1 증발가스 복귀라인(222)의 일단은, 제1 압축기(50a) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되되, 구체적으로는 제1 냉각기(60a) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 것이 바람직하고, 전술한 증발가스 우회라인(221)이 구비될 경우, 증발가스 우회라인(221) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 증발가스 복귀라인(222)의 일단은, 제1 냉각기(60a) 및 증발가스 우회라인(221) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 것이 바람직하다.

제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 압력은 제1 압력 센서(52)에서 체크된다. 제1 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에는, 제1 압력 센서(52)에 의해 제1 압력 조절밸브(63)를 개방시켜 증발가스의 일부를 제1 압축기(50a)의 상류로 복귀시키고, 제1 설정 압력범위로 체크된 경우에는, 제1 압력 센서(52)에 의해 제1 압력 조절밸브(63)를 폐쇄시킴으로써, 제1 압축기(50a)로부터 제2 압축기(50b)로 전달되는 증발가스는 제1 설정 압력범위로 항상 유지될 수 있어, 결국 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)이 요구하는 압력으로 안정적으로 증발가스를 공급할 수 있다.

상기에서, 제1 압력 센서(52)는, 제1 압력 조절밸브(63)를 개방 또는 폐쇄(또는 개도 조절)시키는 역할을 하고, 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 압력을 체크해야 하므로, 증발가스 공급라인(22) 상에서 제1 증발가스 복귀라인(221)이 연결되는 지점의 하류에 위치되는 것이 바람직하다.

제2 증발가스 복귀라인(223)은, 일단이 제2 압축기(50b) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되고, 타단이 제2 압축기(50b) 상류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되도록 구비할 수 있다. 제2 냉각기(60b)와 제3 압축기(50c) 사이의 증발가스 공급라인(22) 상에는 제2 압력 센서(53)가 설치될 수 있으며, 제2 증발가스 복귀라인(223) 상에는 제2 압력 조절밸브(64)가 설치될 수 있다. 여기서, 제2 증발가스 복귀라인(223), 제2 압력 센서(53), 제2 압력 조절밸브(64)를 포함하여 구성되는 장치를 제2 증발가스 복귀장치(도면 부호 미도시)라 명명할 수 있다.

제2 증발가스 복귀라인(223)의 일단은, 제2 압축기(50b) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되되, 구체적으로는 제2 냉각기(60b) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 것이 바람직하다. 제2 증발가스 복귀라인(223)의 타단은, 제2 압축기(50b) 상류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되되, 구체적으로는 전술한 온도 센서(51) 및 증발가스 우회라인(221)이 구비될 경우, 온도 센서(51) 상류(제1 압축기와 제1 냉각기 사이)의 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 것이 바람직하다.

제2 압축기(50b)로부터 토출되는 증발가스의 압력은 제2 압력 센서(53)에서 체크된다. 제2 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에는, 제2 압력 센서(53)에 의해 제2 압력 조절밸브(64)를 개방시켜 증발가스의 일부를 제2 압축기(50b)의 상류로 복귀시키고, 제2 설정 압력범위로 체크된 경우에는, 제2 압력 센서(53)에 의해 제2 압력 조절밸브(64)를 폐쇄시킴으로써, 제2 압축기(50b)로부터 제3 압축기(50c)로 전달되는 증발가스는 제2 설정 압력범위로 항상 유지될 수 있어, 결국 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)이 요구하는 압력으로 안정적으로 증발가스를 공급할 수 있다.

상기에서, 제2 압력 센서(53)는, 제2 압력 조절밸브(64)를 개방 또는 폐쇄(또는 개도 조절)시키는 역할을 하고, 제2 압축기(50b)로부터 토출되는 증발가스의 압력을 체크해야 하므로, 증발가스 공급라인(22) 상에서 제2 증발가스 복귀라인(223)이 분기되는 지점의 하류에 위치되는 것이 바람직하다.

제3 증발가스 복귀라인(224)은, 일단이 제3 압축기(50c) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되고, 타단이 제3 압축기(50b) 상류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되도록 구비할 수 있다. 제3 냉각기(60c)와 제4 압축기(50d) 사이의 고압 증발가스 공급라인(25) 상에는 제3 압력 센서(54)가 설치될 수 있으며, 제3 증발가스 복귀라인(224) 상에는 제3 압력 조절밸브(65)가 설치될 수 있다. 여기서, 제3 증발가스 복귀라인(224), 제3 압력 센서(54), 제3 압력 조절밸브(65)를 포함하여 구성되는 장치를 제3 증발가스 복귀장치(도면 부호 미도시)라 명명할 수 있다.

제3 증발가스 복귀라인(224)의 일단은, 제3 압축기(50c) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되되, 구체적으로는 제3 냉각기(60c) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되는 것이 바람직하다. 제3 증발가스 복귀라인(224)의 타단은, 제3 압축기(50c) 상류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되되, 구체적으로는 제2 압력 센서(53) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 것이 바람직하다.

제3 압축기(50c)로부터 토출되는 증발가스의 압력은 제3 압력 센서(54)에서 체크된다. 제3 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에는, 제3 압력 센서(54)에 의해 제3 압력 조절밸브(65)를 개방시켜 증발가스의 일부를 제3 압축기(50c)의 상류로 복귀시키고, 제3 설정 압력범위로 체크된 경우에는, 제3 압력 센서(54)에 의해 제3 압력 조절밸브(65)를 폐쇄시킴으로써, 제3 압축기(50c)로부터 제4 압축기(50d)로 전달되는 증발가스는 제3 설정 압력범위로 항상 유지될 수 있어, 결국 고압 엔진(20a)이 요구하는 압력으로 안정적으로 증발가스를 공급할 수 있다.

상기에서, 제3 압력 센서(54)는, 제3 압력 조절밸브(65)를 개방 또는 폐쇄(또는 개도 조절)시키는 역할을 하고, 제3 압축기(50c)로부터 토출되는 증발가스의 압력을 체크해야 하므로, 고압 증발가스 공급라인(25) 상에서 제3 증발가스 복귀라인(224)이 분기되는 지점의 하류에 위치되는 것이 바람직하다.

제4 증발가스 복귀라인(225)은, 일단이 제5 압축기(50e) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되고, 타단이 제4 압축기(50d) 상류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되도록 구비할 수 있다. 제5 냉각기(60e)와 고압 엔진(20a) 사이의 고압 증발가스 공급라인(25) 상에는 제4 압력 센서(55)가 설치될 수 있으며, 제4 증발가스 복귀라인(225) 상에는 제4 압력 조절밸브(66)가 설치될 수 있다. 여기서, 제4 증발가스 복귀라인(225), 제4 압력 센서(55), 제4 압력 조절밸브(66)를 포함하여 구성되는 장치를 제4 증발가스 복귀장치(도면 부호 미도시)라 명명할 수 있다.

제4 증발가스 복귀라인(225)의 일단은, 제5 압축기(50e) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되되, 구체적으로는 제5 냉각기(60e) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되는 것이 바람직하다. 제4 증발가스 복귀라인(225)의 타단은, 제4 압축기(50d) 상류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되되, 구체적으로는 제3 압력 센서(54) 하류의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결되는 것이 바람직하다.

제4 압축기(50d)를 통해 제5 압축기(50e)로부터 토출되는 증발가스의 압력은 제4 압력 센서(55)에서 체크된다. 제5 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에는, 제4 압력 센서(55)에 의해 제4 압력 조절밸브(66)를 개방시켜 증발가스의 일부를 제4 압축기(50d)의 상류로 복귀시키고, 제5 설정 압력범위로 체크된 경우에는, 제4 압력 센서(55)에 의해 제4 압력 조절밸브(66)를 폐쇄시킴으로써, 제5 압축기(50e)로부터 고압 엔진(20a)으로 전달되는 증발가스는 제5 설정 압력범위로 항상 유지될 수 있어, 결국 고압 엔진(20a)이 요구하는 압력으로 안정적으로 증발가스를 공급할 수 있다.

상기에서, 제4 압력 센서(55)는, 제4 압력 조절밸브(66)를 개방 또는 폐쇄(또는 개도 조절)시키는 역할을 하고, 제5 압축기(50e)로부터 토출되는 증발가스의 압력을 체크해야 하므로, 고압 증발가스 공급라인(25) 상에서 제4 증발가스 복귀라인(225)이 분기되는 지점의 하류에 위치되는 것이 바람직하다.

한편, 고압 엔진(20a) 자체 또는 고압 엔진(20a)의 전단에 마련되는 가스 트레인(gas train) 등에 이상이 발생되었거나, 탱크압이 너무 낮을 경우 등의 이유로, 제5 압축기(50e) 하류가 블록(block)될 경우를 대비하여, 제4 압력 조절밸브(66)가 설치되는 제4 증발가스 복귀라인(225)과 병렬이 되도록, 온/오프(on/off) 기능을 갖는 블록 밸브(67)가 설치되는 제5 증발가스 복귀라인(226)을 보조적으로 더 구비할 수 있다. 제5 증발가스 복귀라인(226)을 보조적으로 더 구비시킴으로써, 고압 엔진(20a)의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서, 제5 증발가스 복귀라인(226), 블록 밸브(67)는 상기한 제4 증발가스 복귀장치(도면 부호 미도시)에 포함될 수 있다.

상기에서, 블록 밸브(67)는, 제4 압력 센서(55)에 의해 제어되어, 제5 압축기(50e) 하류가 블록될 경우에 개방될 수 있다. 따라서 긴급 상황시 증발가스의 복귀 성능을 향상시킬 수 있어, 시스템 전체의 안정성을 높일 수 있다.

제3 수단은, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기(50)를 통해 다단 가압하여 엔진(20a, 20b)에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 증발가스 압축기(50) 중에서 선택적으로 흡입밸브(503)의 일부를 개방 상태로 유지시킴으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있다.

구체적으로, 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 왕복동식일 수 있고, 왕복동식인 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 각각은, 실린더(501), 피스톤(502), 복수 개의 흡입밸브(503), 복수 개의 토출밸브(504)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 왕복동식인 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 각각에 구비되는 복수 개의 흡입밸브(503)가 제1 내지 4 압력 센서(52, 53, 54, 55)에 의해 제어되도록 구성함으로써, 왕복동식인 제1 내지 제5 압축기(50a, 50b, 50c, 50d, 50e) 각각으로부터 토출되는 증발가스가 설정된 압력범위보다 더 높은 압력으로 가압될 때 복수 개의 흡입밸브(503) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 강제로 개방 상태를 유지하도록 작동되어 가압 효율을 강제로 낮출 수 있어, 감압 수단으로 활용될 수 있다.

일반적인 왕복동식 압축기는, 증발가스 흡입 단계에서는 복수 개의 흡입밸브(503)가 모두 개방되고 복수 개의 토출밸브(504)가 모두 폐쇄되고, 증발가스 배출 단계에서는 복수 개의 흡입밸브(503)가 모두 폐쇄되고 복수 개의 토출밸브(504)가 모두 개방되기 때문에 감압 수단으로 활용할 수 없다.

제1 압축기(50a)가 왕복동식일 경우, 증발가스 공급라인(22) 상에 설치된 전술한 제1 압력 센서(52)가 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 압력을 체크하여, 제1 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에는, 제1 압력 센서(52)에 의해 제1 압축기(50a)에 구비된 복수 개의 흡입밸브(503) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 흡입밸브(503)가 강제로 개방 상태를 유지하도록 하고, 제1 설정 압력범위로 체크된 경우에는, 제1 압력 센서(52)에 의해 강제 개방된 흡입밸브(503)가 정상적으로 작동되도록 함으로써, 제1 압축기(50a)로부터 제2 압축기(50b)로 전달되는 증발가스는 제1 설정 압력범위로 항상 유지될 수 있어, 결국 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)이 요구하는 압력으로 안정적으로 증발가스를 공급할 수 있다.

제2 내지 제4 압축기(50b, 50c, 50d, 50e)가 왕복동식일 경우, 상기한 왕복동식인 제1 압축기(50a)에서 설명한 바와 마찬가지로, 제2 내지 제4 압력 센서(53, 54, 55)에 의해 제2 내지 제4 압축기(50b, 50c, 50d, 50e) 각각의 흡입밸브(503)가 제어될 수 있음은 물론이다. 따라서 제2 내지 제4 압축기(50b, 50c, 50d, 50e)가 왕복동식일 경우에 대해서는 여기서 상세히 설명하지 않기로 한다. 다만, 제2 압축기(50b)는 제2 압력 센서(53)에 의해 제어되고, 제3 압축기(50c)는 제3 압력 센서(54)에 의해 제어되고, 제4 및 제5 압축기(50d, 50e)는 제4 압력 센서(55)에 의해 제어되는 것이 제1 압축기(50a)와 다르고, 또한, 제2 내지 제3 압력 센서(53, 54, 55)가 체크하는 제2, 제3 및 제5 설정 압력범위 각각이 제1 압력 센서(52)가 체크하는 제1 설정 압력범위와 다르다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 제1 압력 센서(52)는 하류에 있는 제2 압축기(50b)의 흡입밸브(503)를 제어할 수 있고, 제2 압력 센서(53)는 하류에 있는 제3 압축기(50c)의 흡입밸브(503)를 제어할 수 있고, 제3 압력 센서(54)는 제4 및 제5 압축기(50d, 50e) 각각의 흡입밸브(503)를 제어할 수도 있다.

제4 수단은, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기(50)를 통해 다단 가압하여 엔진(20a, 20b)에서 요구하는 압력으로 공급할 때, 잉여 증발가스를 증발가스 압축기(50)로부터 토출되는 증발가스의 압력에 따라 연소, 재액화 또는 배출이 이루어지도록 함으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있다.

구체적으로, 제1 압축기(50a)로부터 토출된 증발가스를 연소시키기 위한 가스 연소장치(70)를 구비하거나, 제2 압축기(50b)로부터 토출된 증발가스를 재액화시키기 위한 증발가스 재액화장치(80)를 구비하거나, 제5 압축기(50e)로부터 토출된 증발가스를 외부로 배출시키기 위한 잉여 증발가스 배출라인(227)을 구비할 수 있다. 이러한 가스 연소장치(70), 증발가스 재액화장치(80), 잉여 증발가스 배출라인(227)은, 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 토출되는 증발가스가 설정된 양을 초과하거나 하류로 이송되지 못할 때 작동되어 증발가스 양을 적절히 조절하는 수단으로 활용될 수 있다.

가스 연소장치(70)는, 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 양이 고압 엔진(20a)에서 요구하는 양과 저압 엔진(20b)에서 요구하는 양의 합을 초과할 경우, 제1 압축기(50a) 하류로 이송되지 못하는 잉여 증발가스를 연소할 수 있도록, 제1 압축기(50a) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 연결되도록 구비될 수 있다.

가스 연소장치(70)는, 증발가스의 압력이 높을 경우 사용을 하지 못하는 제약이 있기 때문에, 비교적 저압 상태를 유지하는 제1 압축기(50a) 하류에 구비하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 제1 압축기(50a) 하류의 증발가스 압력은 5bar 내외(제1 설정 압력범위)로서, 다른 압축기(50b, 50c, 50d, 50e) 하류의 증발가스 압력(제2 내지 제5 설정 압력범위)보다 상대적으로 낮음을 알 수 있다.

또한, 가스 연소장치(70)는, 잉여 증발가스를 연소하여 없애기 때문에 연료 낭비를 줄이기 위해 최후의 수단으로 가동시키는 것이 필요하며, 이에 따라 전술한 제1 압축기(50a)로부터 토출되는 증발가스의 압력을 제어하여 안정화시키는 제1 증발가스 복귀장치(52, 63, 222)가 구비되어 있다면, 제1 증발가스 복귀장치를 먼저 가동시키는 것이 우선이므로, 제1 증발가스 복귀장치의 후단, 즉 제1 압력 센서(52) 하류의 증발가스 공급라인(22)에 위치시키는 것이 바람직하다.

증발가스 재액화장치(80)는, 제2 압축기(50b)로부터 토출되는 증발가스의 양이 저압 엔진(20b)에서 요구하는 양을 초과할 경우, 저압 엔진(20b) 측으로 이송되지 못하는 잉여 증발가스를 재액화시킬 수 있도록, 일단이 저압 증발가스 공급라인(23)에 연결되고, 타단이 액화가스 저장탱크(10)에 연결되는 증발가스 회수라인(24) 상에 구비될 수 있다.

증발가스 재액화장치(80)는, 잉여 증발가스를 충분히 냉각시켜서 액상으로 변화시킬 수 있으며, 액상으로 변화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 재유입시켜 재활용할 수 있게 하는데, 제2 압축기(50b)와 저압 엔진(20b) 사이의 저압 증발가스 공급라인(23)에 연결되도록 구비됨으로써, 저압 엔진(20b)에서 요구하는 증발가스의 양을 적절하게 조절할 수 있고, 압축에 의해 끓는 점을 높여 액화 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 증발가스 재액화장치(80)를 제2 압축기(50b) 하류에 구비함으로써, 증발가스 재액화장치(80)에서 냉매로 질소를 사용하기 위한 질소 열교환기(도시하지 않음)에서 질소와의 압력차이를 두지 않도록 할 수 있어, 질소 열교환기의 파공을 방지할 수 있다.

또한, 증발가스 재액화장치(80)는, 제4 압축기(50d) 또는 제5 압축기(50e)의 하류보다는 제2 압축기(50b) 하류에 구비하는 것이 바람직한데, 이는 제1 내지 제3 압축기(50a, 50b, 50c)를 경유한 증발가스에 윤활유가 포함되지 않는 반면, 제4 및 제5 압축기(50d, 50e)를 경유한 증발가스에 윤활유가 포함되어 있어, 제4 압축기(50d) 또는 제5 압축기(50e)의 하류에 증발가스 재액화장치(80)를 구비할 경우 재액화된 증발가스에 윤활유가 포함될 수 있기 때문이다. 윤활유가 포함된 재액화 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로 유입되면, 윤활유 성분이 결빙되면서 문제를 유발시킬 수 있다.

잉여 증발가스 배출라인(227)은, 제5 압축기(50e)와 고압 엔진(20a) 사이의 고압 증발가스 공급라인(25)에 연결될 수 있다.

잉여 증발가스 배출라인(227)은, 제5 압축기(50e)로부터 고압 엔진(20a)으로 공급되는 증발가스가 고압 엔진(20a)에서 요구하는 양을 초과하거나, 증발가스가 하류로 이송되지 못할 경우를 대비해서 구비될 수 있으며, 이러한 잉여 증발가스를 잉여 증발가스 배출라인(227)을 통해 외부로 배출함으로써, 증발가스의 압력을 용이하게 제어할 수 있어, 증발가스를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력 및 양으로 안정적으로 공급할 수 있고, 고압 엔진(20a)을 보호할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 고압 엔진(20a), 저압 엔진(20b), 펌프(30), 액화가스 열교환기(40), 증발가스 압축기(50), 증발가스 냉각기(60), 가스 연소장치(70), 증발가스 재액화장치(80), 배출가스 회수장치(90)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에서, 배출가스 회수장치(90)를 제외한 나머지 구성 요소들(10, 20a, 20b, 30, 40, 50, 60, 70, 80)은 전술할 본 발명의 제1 실시예의 액화가스 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 동일하여 동일한 도면부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제1 실시예와 다른 구성 요소인 배출가스 회수장치(90)를 중심으로 설명하기로 한다.

배출가스 회수장치(90)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스 또는 증발가스를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 온도 및 압력으로 공급할 때, 고압 엔진(20a)의 전단에서 외부로 배출 처리해야 할 고압의 잉여 액화가스 또는 고압의 잉여 증발가스를 제1 압축기(50a)의 후단으로 합류시킬 수 있도록 구성시킴으로써, 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스를 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)의 연료로 재활용할 수 있게 한다. 여기서, 잉여 액화가스는 고압 펌프(32)와 열교환기(40)를 경유한 상태이기 때문에 액체 상태가 아니라 기체이다.

배출가스 회수장치(90)는, 배출가스 회수라인(91)과, 배출가스 회수라인(91) 상에 설치되는 감압기(92)와, 배출가스 회수라인(91) 상에 설치되는 버퍼 탱크(93)로 구성될 수 있다.

고압 엔진(20a)의 전단에서 외부로 배출 처리해야 할 고압의 잉여 액화가스 또는 고압의 잉여 증발가스를 제1 압축기(50a)의 후단으로 합류시켜야 하는 배출가스 회수장치(90)는, 고압 엔진(20a) 측과 제1 압축기(50a) 측 사이의 압력차 문제를 해결해야 한다. 다시 말해서, 고압 엔진(20a)의 전단에 연결되는 잉여 액화가스 배출라인(211) 또는 잉여 증발가스 배출라인(227)으로부터 배출되는 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스의 압력은 고압 예를 들어, 300bar 내외(제5 설정 압력범위)로 고압일 수 있고, 제1 압축기(50a) 하류의 증발가스의 압력은 저압 예를 들어, 5bar 내외(제1 설정 압력범위)일 수 있기 때문에, 고압에서 저압으로의 감압이 필요하다.

배출가스 회수라인(91)은, 일단이 고압 엔진(20a) 전단의 잉여 액화가스 배출라인(211) 또는 잉여 증발가스 배출라인(227)에 연결되고, 타단이 제1 압축기(50a) 후단에 연결되도록 구비될 수 있다. 이러한 배출가스 회수라인(91)은, 고압 엔진(20a)의 전단으로부터 제1 압축기(50a)의 후단까지 길게 연장되기 때문에, 고압의 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스가 내부로 흘러가면서 감압되어, 제1 압축기(50a) 후단의 합류 지점에서는 요구되는 압력(예를 들어, 제1 설정 압력범위) 상태가 될 수 있다.

감압기(92)는, 배출가스 회수라인(91) 상에 설치될 수 있으며, 배출가스 회수라인(91)의 1차 감압에 더하여, 고압의 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스를 2차 감압할 수 있다. 감압기(92)는, 적어도 하나 이상의 감압 밸브(일례로, 줄 톰슨 밸브)일 수 있다.

버퍼 탱크(93)는, 배출가스 회수라인(91) 상에 설치될 수 있으며, 배출가스 회수라인(91)의 1차 감압에 더하여, 고압의 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스를 2차 감압할 수 있다.

상기에서, 배출가스 회수라인(91) 상에 감압기(92)와 버퍼 탱크(93)를 동시에 설치하여, 고압의 잉여 액화가스 또는 잉여 증발가스를 감압시키는 기능을 더욱 향상시킬 수 있다.

1, 2: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20a: 고압 엔진 20b: 저압 엔진
21: 액화가스 공급라인 22: 증발가스 공급라인
23: 저압 증발가스 공급라인 24: 증발가스 회수라인
25: 고압 증발가스 공급라인 30: 펌프
31: 부스팅 펌프 32: 고압 펌프
40: 액화가스 열교환기 50: 증발가스 압축기
50a, 50b, 50c, 50d, 50e: 제1 내지 제5 압축기
51: 온도 센서
52, 53, 54, 55: 제1 내지 제4 압력 센서
60: 증발가스 냉각기
60a, 60b, 60c, 60d, 60e: 제1 내지 제5 냉각기
61, 62: 제1 및 제2 온도 조절밸브
63, 64, 65, 66: 제1 내지 제4 압력 조절밸브
67: 블록 밸브 70: 가스 연소장치
80: 증발가스 재액화장치 90: 배출가스 회수장치
91: 배출가스 회수라인 92: 감압 밸브
93: 버퍼 탱크 211: 잉여 액화가스 배출라인
221: 증발가스 우회라인
222, 223, 224, 225, 226: 제1 내지 제5 증발가스 복귀라인
227: 잉여 증발가스 배출라인 501: 실린더
502: 피스톤 503: 흡입밸브
504: 토출밸브

Claims (7)

1. 액화가스 저장탱크로부터 엔진까지 연결되는 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 증발가스를 다단으로 가압하는 복수 개의 증발가스 압축기; 및
   상기 어느 하나의 증발가스 압축기로부터 토출되는 증발가스를 상류로 복귀시키는 증발가스 복귀장치를 포함하되,
   상기 증발가스 복귀장치는,
   일단이 상기 어느 하나의 증발가스 압축기의 하류에 연결되고, 타단이 상기 어느 하나의 증발가스 압축기의 상류에 연결되며 증발가스의 복귀 유량을 조절하는 증발가스 복귀라인; 및
   상기 증발가스 복귀라인과 병렬로 구비되며 온/오프로 증발가스의 복귀를 제어하는 보조 증발가스 복귀라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증발가스 공급 라인 상에 설치되는 압력 센서;
   상기 증발가스 복귀라인 상에 설치되는 압력 조절밸브; 및
   상기 보조 증발가스 복귀라인 상에 설치되는 블록 밸브를 더 포함하고,
   상기 블록 밸브는,
   온/오프 기능을 갖는 밸브이며, 상기 압력 센서에 의해 제어되어 상기 증발가스 압축기 하류가 블록될 경우에 개방되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 압력 센서는,
   상기 증발가스 압축기로부터 토출되는 상기 증발가스의 압력을 체크하고,
   기 설정 압력범위보다 더 높은 압력으로 체크된 경우에, 상기 압력 조절밸브를 개방시키고,
   상기 기 설정 압력범위로 체크된 경우에, 상기 압력 조절밸브를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 압력 센서는,
   상기 증발가스 공급라인 상에서 상기 증발가스 복귀라인이 분기되는 지점의 하류에 위치되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수 개의 증발가스 압축기는, 제1 내지 제5 압축기로 구성되고,
   상기 엔진은,
   상기 제5 압축기 하류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 고압 엔진; 및
   상기 제2 압축기 하류의 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 저압 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 엔진까지 연결되는 액화가스 공급라인;
   상기 액화가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프; 및
   상기 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되는 액화가스 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 액화가스 열교환기와 상기 엔진 사이의 상기 액화가스 공급라인에는,
   잉여 액화가스를 외부로 배출하기 위한 잉여 액화가스 배출라인이 구비되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
   

Images